sergeogrИзвестия Российской академии наук. Серия географическаяIzvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya2587-55662658-697510.31857/S2587556624010031GLMOQKsergeogr-2620Research ArticleРегиональные географические проблемыRegional Geographical ProblemsРегиональные особенности трансформации структуры водного баланса в ходе восстановительных сукцессий на вырубках темнохвойных лесов Енисейского кряжаRegional Specificity of the Transformation of the Water Balance Structure during Restoration Successions in the Cutting of Dark Coniferous Forests of the Yenisey RidgeБуренинаТ. А.BureninaT. A.

Красноярск

Krasnoyarsk

burenina@ksc.krasn.ruКорецМ. А.KoretsM. A.

Красноярск

Krasnoyarsk

mik@ksc.krasn.ruСулеймановаЖ. Р.SuleimanovaZh. R.

Красноярск

Krasnoyarsk

janetta_syleiman@mail.ruИнститут леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН (ИЛ СО РАН)РоссияV.N. Sukachev Institute of Forest, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch – Separate division of FRC KSC SB RAS (IF SB RAS)Russian Federation2024161020248812740Copyright © Буренина Т.А., Корец М.А., Сулейманова Ж.Р., 20242024Буренина Т.А., Корец М.А., Сулейманова Ж.Р.Burenina T.A., Korets M.A., Suleimanova Z.R.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestia.igras.ru/jour/article/view/2620

В статье обсуждаются особенности трансформации структуры водного баланса в темнохвойных лесах Енисейского кряжа, нарушенных рубками. Рассматривается динамика эвапотранспирации с учетом лесовосстановительных сукцессий на вырубленных участках. На основе спутниковых данных (MOD16A2) было проанализировано изменение параметров эвапотранспирации с учетом нарушений лесного покрова на водосборе. На фоне ее общей зависимости от метеорологических параметров показано, что на бассейновом уровне вариация суммарного испарения зависит от аккумулирующего эффекта нарушенности лесного покрова. Ранжирование площадей вырубок с учетом восстановительно-возрастной динамики лесного покрова позволило оценить вклад различных стадий восстановительного процесса в суммарное испарение в бассейне р. Сухой Пит и выявить, как влияет соотношение площадей свежих вырубок к площадям уже облесившихся лесосек на величину суммарного испарения. Исследования показали, что если вырубается менее 2% лесов от всей площади водосбора, тогда рубки вызывают незначительные изменения в величине суммарного испарения и речного стока.

The paper discusses the features of the transformation of the structure of the water balance in the dark coniferous forests of the Yenisey Ridge, disturbed by logging. Questions of evapotranspiration dynamics are considered, considering reforestation successions in the cut areas. Based on the use of satellite data (MOD16A2), the change in evapotranspiration was analyzed considering the disturbance of the forest cover in the watershed. Against the background of the general dependence of evapotranspiration on meteorological parameters, the results showed that at the basin level, the variation in evapotranspiration depends on the accumulative effect of forest cover disturbance in the watershed. The ranking of felled areas, consid ering the regenerative-age dynamics of the vegetation cover, made it possible to assess the contribution of various stages of the reforestation process to the total evaporation in the Suhoy Pit River basin, and to reveal how the ratio of logging sites of the current year to the areas of already afforested cutting areas affects the amount of total evaporation. Studies have shown that if less than 2% of the total watershed area is deforested, then the logging does not cause major change in evapotranspiration and river runoff.

речной бассейнводный балансосадкиэвапотранспирациястоквырубкилесовосстановлениесукцессииLandsatспутниковые данные MOD16Ariver basinwater balanceprecipitationevapotranspirationrunoffloggingreforestationLandsatMOD16A satellite dataРабота выполнена при поддержке базового проекта ИЛ СО РАН “Теоретические основы сохранения экологического и ресурсного потенциала лесов Сибири в условиях возрастающего антропогенного пресса и климатических аномалий”, № АААА-А17-117101940014-9 (0356-2019-0027) и гранта РФФИ “Исследование особенностей гидрологического цикла в речных бассейнах таежной зоны Средней Сибири при усилении антропогенного пресса на лесные экосистемы в условиях меняющегося климата” № 20-05-00095.This work was supported by the basic project of the Institute of forest Siberian Branch of RAS “Theoretical Foundations of Preserving the Ecological and Resource Potential of Siberian Forests under the Conditions of Increasing Anthropogenic Press and Climate Anomalies,” no. AAAA-A17-117101940014-9 (0356- 2019-0027) and RFBR grant “Study of the features of the hydrological cycle in the river basins of the taiga zone of Central Siberia with increased anthropogenic pressure on forest ecosystems in a changing climate” no. 20-05-00095.ReferencesАнтипов А.Н., Антипова Н.Д. Оценка транспирации растительности таежных геосистем // География и природ. ресурсы. 1984. № 4. С. 115–124.Allen R.G., Tasumi M., Morse A., Trezza R., Wright J.L., Bastiaanssen W., Robison C.W. Satellite – based energy balance for mapping evapotranspiration with internalized calibration (METRIC) – Applications. J. Irrig. Drain Eng. ASCE, 2007, pp. 395–406.Бейдеман И.Н. Справочник по расходу воды растениями в природных зонах СССР. Новосибирск: Наука Сиб. отд., 1983. 257 с.Antipov A.N., Antipova N.D. Estimation of transpiration of vegetation in taiga geosystems. Geogr. Prir. Resur., 1984, no. 4, pp. 115–124. (In Russ.).Будаговский А.И. Испарение почвенной влаги. М.: Наука, 1964. 244 с.Bastiaanssen W., Menenti M., Feddes R., Holtslag A. A remote sensing surface energy balance algorithm for land (SEBAL). Formulation. J. Hydrol., 1998, pp. 198–212.Будыко М.И. Тепловой баланс земной поверхности. Л.: Гидрометеоиздат, 1956. 255 с.Beideman I.N. Spravochnik po raskhodu vody rasteniyami v prirodnykh zonakh SSSR [Reference Book on Water Consumption by Plants in the Natural Zones of the USSR]. Novosibirsk: Nauka Publ., 1983. 257 p.Буренина Т.А. Динамика восстановления лесогидрологических условий на экспериментальной вырубке Западного Саяна // Средообразующая роль лесных экосистем Сибири / отв. ред. В.В. Протопопов. Красноярск: Изд-во ИЛиД СО АН СССР, 1982. С. 106–114.Bosch J.M., Hewlett J.D. A review of catchment experiment to determine the effect of vegetation changes on eater yield and evapotranspiration. J. Hydrol., 1982, pp. 3–23.Буренина Т.А., Мусохранова А.В., Сулейманова Ж.Р. Динамика структуры водного баланса в ходе лесовосстановительных сукцессий на вырубках в темнохвойных лесах Енисейского кряжа // Управление лесными экосистемами в условиях изменения климата: матер. Международной науч.-практич. конф., посвященной 105-летию со дня рождения доктора биологических наук, профессора, заслуженного деятеля науки Петра Алексеевича Гана. Бишкек, 2021. С. 88–92.Budagovskii A.I. Isparenie pochvennoi vlagi [Evaporation of Soil Moisture]. Moscow: Nauka Publ., 1964. 244 p.Грибов А.И. Средообразующая роль лесных экосистем юга Средней Сибири. Абакан: Хакасский гос. ун-т им. Н.Ф. Катанова, 1997. 160 с.Budyko M.I. Teplovoi balans zemnoi poverkhnosti [Thermal Balance of The Earth’s Surface]. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1956. 255 p.Карпечко Ю.В., Мясникова Н.А. Оценка изменения элементов водного баланса в первый год после рубок в таежной зоне Европейского Севера России // Ученые записки Рос. гос. гидрометеорологического ун-та. 2014. Вып. 33. С. 31–44.Burenina T.A. Dynamics of hydrological regime restoration at the experimental felled plots. In Sredoobrazuyushchaya rol’ lesnykh ekosistem Sibiri [The Environmental Role of Siberian Forest Ecosystems]. Protopopov V.V., Ed. Krasnoyarsk: Izd-vo ILiD SO AN SSSR, 1982, pp. 106–114. (In Russ.).Корец М.А., Прокушкин А.С., Буренина Т.А. Пространственно-временные тенденции изменения средних показателей температуры воздуха и количества осадков в бассейне Среднего Енисея (зона тайги) на основе данных Climatic Research Unit (CRU TS V. 3.22): матер. III Всерос. науч.-практич. конф. “Современные тенденции и перспективы развития гидрометеорологии в России”. Иркутск, 2020.Burenina T.A., Borisov A.N., Shishikin A.S. Changes of Snow Moisture Balance in Logging Areas in Dark-Needled Forests of the Yenisei Ridge, Central Siberia. In Forest Ecosystems: Management, Impact Assessment and Conservation, edited by Deborah Elliott. Nova Science Publ., 2017, pp. 129–154.Крестовский О.И. Влияние вырубок и восстановления лесов на водность рек подзон южной и средней тайги ЕТС // Водные ресурсы. 1984. № 5. С. 125–135.Burenina T.A., Musokhranova A.V., Suleimanova Zh.R. Dynamics of the structure of the water balance during reforestation successions in logging sites in the dark coniferous forests of the Yenisei Ridge. In Upravlenie lesnymi ekosistemami v usloviyakh izmeneniya klimata: Mat. Mezhdun. Nauch.-Prakt. Konf. posvyashchennoi 105-letiyu so dnya rozhdeniya doktora biologicheskikh nauk, professora, zasluzhennogo deyatelya nauki Petra Alekseevicha Gana [Management of Forest Ecosystems under Climate Change: Proc. of the Int. Sci. and Pract. Conf. Dedicated to the 105th Anniversary of the Birth of Doctor of Biol. Sci., Prof., Honored Scientist P.A. Gan]. Bishkek, 2021, pp. 88–92. (In Russ.).Кутафьев В.П. Лесорастительное районирование Средней Сибири // Вопросы лесоведения. Красноярск: Изд-во ИЛиД СО АН СССР, 1970. Т. 1. С. 165–179.FAO 2006. Global Forest Resources assessment 2005: Progress towards sustainable forest Management. Rome: FAO, 2006.Лапшина Е.И., Горбачев В.Н., Храмов А.А. Растительность и почвы Енисейского кряжа (Южной части) // Растительность правобережья Енисея / под ред. А.В. Куминовой. Новосибирск: Наука, 1971. С. 21–66.Fedorov S.F. On the impact of felling on changes in the elements of its water balance. Tr. GGI, 1979, vol. 258, pp. 30–42. (In Russ.).Лебедев А.В. Гидрологическая роль горных лесов Сибири. Новосибирск: Наука СО, 1982. 182 с.Fedorov S.F. Mutationes in structura aquae et caloris statera silvarum areas sub impressione deforestationum. Tr. GGI, 1981, vol. 279, pp. 20–31. (In Russ.).Молчанов А.А. Гидрологическая роль леса. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 487 с.Fu B.P. On the calculation of the evaporation from land surface. Chin. J. Atmos. Sci., 1981, no. 5, pp. 23–31.Онучин А.А. Общие закономерности снегонакопления в бореальных лесах // Изв. РАН. Сер. геогр. 2001. № 2. С. 80–86.Hibbert A.R. Forest treatment effects on water yield. In Forest hydrology. Proceedings of a National Science Foundation Advanced Science Seminar. Pergamon, Oxford, 1967, pp. 527–543.Пенман Х.Л. Растение и влага. Л.: Гидрометеоиздат, 1968. 161 с.Gribov A. Sredoobrazuyushchaya rol’ lesnikh ekosistem yuga Srednei Sibiri [Ecological Role of Forest in the South of Central Siberia]. Abakan: Khakas. Gos. Univ. im. N.F. Katanova, 1997. 160 p.Побединский А.В. Изменение защитной и водорегулирующей роли леса под влиянием рубок // Вопросы географии. 1976. Вып. 102. С. 169–179.Karpechko Yu.V., Myasnikova N.A. Assessment of changes in water balance elements in the first year after felling in the taiga zone of the European North of Russia. Uch. Zapis. Ross. Gos. Gidrometeorolog. Univ., 2014, no. 33, pp. 31–44. (In Russ.).Расулова А.М. Расчет эвапотранспирации на территории бассейна Ладожского озера // Тр. Карел. науч. центра РАН. Сер. лимнология и океанология. 2021. № 9. С. 146–156.Korets M.A., Prokushkin A.S., Burenina T.A. Spatio-temporal trends in the average air temperature and precipitation in the Middle Yenisei basin (taiga zone) based on data from the Climatic Research Unit (CRU TS V. 3.22). In Mat.y III Vseross. Nauch.-Prakt. Konf. “Sovremennye tendentsii i perspektivy razvitiya gidrometeorologii v Rossii” [Proc. of the 3rd All-Russian Sci. and Pract. Conf. “Modern Trends and Prospects for the Development of Hydrometeorology in Russia”]. Irkutsk, 2020. (In Russ.).Раунер Ю.Л. Тепловой баланс растительного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 206 с.Krestovskii O.I. Logging and forestation influence water-yield in southern and middle taiga of ETS. Vodn. Resur., 1984, no. 5, pp. 125–135. (In Russ.).Федоров С.Ф. О влиянии вырубки леса на изменение элементов его водного баланса // Труды ГГИ. 1979. Вып. 258. С. 30–42.Kutaf’ev V.P. Forest zoning of Central Siberia. Vopr. Lesoved., 1970, no. 1, pp. 165–179. (In Russ.).Федоров С.Ф. Изменение структуры водного и теплового баланса залесенных территорий под влиянием вырубок // Труды ГГИ. 1981. Вып. 279. С. 20–31.Lapshina E.I., Gorbachev V.N., Khramov A.A. Vegetation and soils of the Yenisei Ridge (Southern part). In Rastitel’nost’ pravoberezh’ya Yeniseya [Vegetation of the Right Bank of the Yenisei River]. Kuminova A.V., Ed. Novosibirsk: Nauka Publ., 1971, pp. 21–66. (In Russ.).Allen R.G., Tasumi M., Morse A., Trezza R., Wright J.L., Bastiaanssen W., Robison C.W. Satellite – based energy balance for mapping evapotranspiration with internalized calibration (METRIC) – Applications // J. Irrig. Drain Eng. ASCE. 2007. Vol. 133. P. 395–406.Lebedev A.V. Gidrologicheskaya rol’ gornykh lesov Sibiri [Hydrological Role of Siberian Mountain Forests]. Novosibirsk: Nauka Publ., 1982. 182 p.Bastiaanssen W., Menenti M., Feddes R., Holtslag A. A remote sensing surface energy balance algorithm for land (SEBAL). 1. Formulation // J. of Hydrol. 1998. Vol. 212. P. 198–212.Molchanov A.A. Gidrologicheskaya rol’ lesa [The Hydrological Role of the Forest]. Moscow: Izd-vo Akad. Nauk SSSR, 1960. 487 p.Bosch J.M., Hewlett J.D. A review of catchment experiment to determine the effect of vegetation changes on eater yield and evapotranspiration // J. of Hydrology. 1982. Vol. 55. Р. 3–23.Monteith J.L. Evaporation and environment. In The State and Movement of Water in Living Organisms: 19th Symposium Soc. for Exp. Biol. Swansea: CUP, 1965, pp. 205–234.Burenina T.A., Borisov A.N., Shishikin A.S. Changes of Snow Moisture Balance in Logging Areas in Dark-Needled Forests of the Yenisei Ridge, Central Siberia // Forest Ecosystems: Management, Impact Assessment and Conservation / Deborah Elliott (Ed.). Nova Science Publ., 2017. P. 129–154.Morton F. I. Operational estimates of areal evapotranspiration and their significance to the science and practice of hydrology. J. Hydrol., 1983, vol. 66, no. 1–4, pp. 1–76. https://doi.org/10.1016/0022-1694(83)90177-4FAO 2006: Global Forest Resources assessment 2005: Progress towards sustainable forest Management. Rome: Food and Agriculture organization of the United Nations, 2006.Morton F.I. What are the limits of forest evaporation? J. Hydrol., 1984, vol. 74, pp. 373–398.Fu B.P. On the calculation of the evaporation from land surface // Chinese J. of Atmospheric Sciences. 1981. Vol. 5. P. 23–31.Mu Q., Heinsch F.A., Zhao M., Running S.W. Development of a global evapotranspiration algorithm based on MODIS and global meteorology data. Remote Sens. Environ., 2007, vol. 111, no. 4, pp. 519–536. https://doi.org/10.1016/j.rse.2007.04.015Hibbert A.R. Forest treatment effects on water yield // Forest hydrology, Proceedings of a National Science Foundation Advanced Science Seminar. Oxford: Pergamon Press, 1967. P. 527–543.Mu Q., Zhao M., Running S.W. Improvements to a MODIS global terrestrial evapotranspiration algorithm. Remote Sens. Environ., 2011, vol. 115, no. 8, pp. 1781–1800. https://doi.org/10.1016/j.rse.2011.02.019Monteith J.L. Evaporation and environment // XIX Symposium Society for Experimental Biology. Swansea: Cambridge Univ. Press., 1965. P. 205–234.Onuchin A.A. General snow accumulation trends in boreal forests. Izv. Akad. Nauk, Ser. Geogr., 2001, no. 2, pp. 80–86. (In Russ.).Morton F.I. Operational estimates of areal evapotranspiration and their significance to the science and practice of hydrology // J. of Hydrology. 1983. Vol. 66. № 1–4. P. 1–76. DOI: 10.1016/0022-1694(83)90177-4Onuchin A.A., Burenina T.A. Hydrological role of the Forest in Siberia. In Trends in Water Research. NOVA Sci. Publ., 2008, pp. 67–92.Morton F.I. What are the limits of forest evaporation? // J. of Hydrology. 1984. Vol. 74. P. 373–398.Penman H.L. Rastenie i vlaga [Plant and Moisture]. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1968. 161 p.Mu Q., Heinsch F.A., Zhao M., Running S.W. Development of a global evapotranspiration algorithm based on MODIS and global meteorology data // Remote Sensing of Environment. 2007. Vol. 111. № 4. P. 519–536. DOI: 10.1016/j.rse.2007.04.015Pobedinskii A.V. Changes in the protective and water-regulating role of the forest under the influence of logging. Vopr. Geogr., 1976, no. 102, pp. 169–179. (In Russ.).Mu Q., Zhao M., Running S.W. Improvements to a MODIS global terrestrial evapotranspiration algorithm // Remote Sensing of Environment. 2011. Vol. 115. № 8. P. 1781–1800. DOI: 10.1016/j.rse.2011.02.019Rasulova A.M. Calculation of evapotranspiration in the basin of Lake Ladoga. In Trud. Karel. Nauch. Tsentra RAN. Ser. limnologiya i okeanologiya [Proc. of the Karelian Research Center of the Russian Academy of Sciences. Series of Limnology and Oceanology], 2021, no. 9, pp. 146–156. (In Russ.).Onuchin A.A., Burenina T.A. Hydrological role of the Forest in Siberia / Trends in Water Research. NOVA Sci. Publ., 2008. P. 67–92.Rauner Yu.L. Teplovoi balans rastitel’nogo pokrova [Thermal Balance of Vegetation]. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1972. 206 p.Sun G., Zhou G., Zhang Z., Wei X., McNulty S.G., Vose J.M. Potential water yield reduction due to reforestation across China // J. of Hydrology. 2006. Vol. 328. P. 548–558. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2005.12.013Sun G., Zhou G., Zhang Z., Wei X., McNulty S.G., Vose J.M. Potential water yield reduction due to reforestation across China. J. Hydrol., 2006, vol. 328, pp. 548–558. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2005.12.013Turner K.M. Annual evapotranspiration of native vegetation in a Mediterranean-type climate // Water Res. Bull. 1991. Vol. 27. № 1. P. 1–6. DOI: 10.1111/j.1752-1688.1991.tb03107.xTurner K.M. Annual evapotranspiration of native vegetation in a Mediterranean-type climate. Water Resour. Bull., 1991, pp. 1–6. https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.1991.tb03107.xVertessy R.A., Bessard Y. Anticipating the negative hydrologic effects of plantation expansion: Results from a GISbased analysis on the Murrumbidgee basin / Forest management for water quality and quantity. Proceeding of the second forest erosion workshop. 1999.Vertessy R.A., Bessard Y. Anticipating the negative hydrologic effects of plantation expansion: Results from a GIS-based analysis on the Murrumbidgee basin. In Forest management for water quality and quantity. Proceeding of the second forest erosion workshop, 1999.Wang Y. Water-yield reduction after afforestation and related processes in the semiarid Liupan Mountains, northwest China // J. of the American Water Res. Association. 2008. Vol. 44. № 5. P. 1086–1097. DOI: 10.1111/j.1752-1688.2008.00238.xWang Y. Water-yield reduction after afforestation and related processes in the semiarid Liupan Mountains, northwest China. J. Am. Water Resour. Assoc., 2008, vol. 44, no. 5, pp. 1086–1097. https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.2008.00238.xWei X., Zhou X.F., Wang C.K. The influence of mountain temperate forests on hydrology, Northeast of China // Forest Chronicle. 2003. Vol. 79. Р. 297–300. DOI: 10.5558/tfc79297-2Myneni R. MOD15A2H v006. MODIS/Terra Leaf Area Index/FPAR 8-Day L4 Global 500 m SIN Grid. USGS, 2023. https://doi.org/10.5067/MODIS/MOD15A2H.006Yang D., Sun F., Liu Z., Cong Z., Ni G., Lei Zh. Analyzing spatial and temporal variability of annual water-energy balance in nonhumid regions of China using the Budyko hypothesis // Water Res. Research. 2007. Vol. 43. DOI: 10.1029/2006WR005224Wei X., Zhou X.F., Wang C.K. The influence of mountain temperate forests on hydrology, Northeast of China. For. Chron., 2003, vol. 79, pp. 297–300. https://doi.org/10.5558/tfc79297-2Zhang L., Dawes W.R., Walker G.R. Response of mean annual evapotranspiration to vegetation changes at catchment scale // Water Res. Research. 2001. Vol. 37. № 3. P. 701–708. DOI: 10.1029/2000WR900325Yang D., Sun F., Liu Zh., Cong Zh., Ni G., Lei Zh. Analyzing spatial and temporal variability of annual water-energy balance in nonhumid regions of China using the Budyko hypothesis. Water Resour. Res., 2007, vol. 43, no. 4. https://doi.org/10.1029/2006WR005224Zhang L., Zhao F.F., Brown A.E. Predicting effects of plantation expansion on streamflow regime for catchments in Australia // Hydrology and Earth System Sciences. 2012. Vol. 16. P. 2109–2121. DOI: 10.5194/hess-16-2109-2012Zhang L., Dawes W.R., Walker G.R. Response of mean annual evapotranspiration to vegetation changes at catchment scale. Water Resour. Res., 2001, vol. 37, no. 3, pp. 701–708. https://doi.org/10.1029/2000WR900325Zhang Y., Peña-Arancibia J.L., McVicar T.R. Multi-decadal trends in global terrestrial evapotranspiration and its components // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. № 1. DOI: 10.1038/srep19124Zhang L., Zhao F.F., Brown A.E. Predicting effects of plantation expansion on streamflow regime for catchments in Australia. Hydrol. Earth Syst. Sci., 2012, vol. 16, pp. 2109–2121. https://doi.org/10.5194/hess-16-2109-2012Zhang Y., Peña-Arancibia J.L., McVicar T.R. Multidecadal trends in global terrestrial evapotranspiration and its components. Sci. Rep., 2016, vol. 6, no. 1. https://doi.org/10.1038/srep19124Zhang Y., Peña-Arancibia J.L., McVicar T.R. Multidecadal trends in global terrestrial evapotranspiration and its components. Sci. Rep., 2016, vol. 6, no. 1. https://doi.org/10.1038/srep19124

The authors declare that there are no conflicts of interest present.